特許 6201797 蓄電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6201797

(24)【登録日】2017年9月8日

(45)【発行日】2017年9月27日

(54)【発明の名称】蓄電装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 2/36 20060101AFI20170914BHJP

   H01M 10/0566 20100101ALI20170914BHJP

   H01G 11/80 20130101ALI20170914BHJP

【ＦＩ】

   H01M2/36 101D

   H01M10/0566

   H01G11/80

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-24378(P2014-24378)

(22)【出願日】2014年2月12日

(65)【公開番号】特開2015-153502(P2015-153502A)

(43)【公開日】2015年8月24日

【審査請求日】2016年7月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】奥田 元章

(72)【発明者】

【氏名】栗田 幹也

【審査官】 松本 陶子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１２０３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１１４７９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０３５８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０２８３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１６１７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０８９３５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ２／３６

Ｈ０１Ｍ ２／０８

Ｆ１６Ｂ １９／１０

Ｈ０１Ｍ ２／０４

Ｈ０１Ｇ １１／８０

Ｈ０１Ｍ １０／０５６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケース内に電極組立体及び電解液が収容され、
前記ケースの壁部に前記電解液の注液孔を有するとともに、前記注液孔の封止部材を備え、
前記封止部材は、
有底筒状の胴部と、
前記胴部の軸方向一端のフランジと、
前記フランジに一体に組み付けられた環状のシール部材と、を備え、
前記シール部材の内径は、前記胴部の外径よりも大きく、
前記フランジは、前記シール部材への対向面から該シール部材に向けて突出する突部を有するとともに、
前記シール部材は、前記突部が嵌挿される凹部を有し、
前記突部の前記シール部材に向けた突出長さは、前記凹部の深さより長いことを特徴とする蓄電装置。

【請求項2】

前記突部は前記胴部を取り囲む環状である請求項１に記載の蓄電装置。

【請求項3】

前記蓄電装置は二次電池である請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ケース内に電極組立体及び電解液が収容された蓄電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

二次電池やキャパシタのような蓄電装置は再充電が可能であり、繰り返し使用することができるため電源として広く利用されている。一般に、容量の大きな二次電池（蓄電装置）はケースを備え、そのケース内に電極組立体及び電解液が収容されている。二次電池の組立は、ケースの本体部材内に電極組立体を収容した後、ケースの蓋部材を本体部材に溶接し、本体部材を閉塞する。その後、蓋部材の注液孔から電解液をケース内に注入した後、注液孔を封止する。

【0003】

注液孔の封止構造として、リベットを用いたものがある（例えば特許文献１参照）。図７に示すように、特許文献１の密閉電池では、封口板８１の電解液注入孔８１ａは、リベット８３で封止されている。リベット８３は、軸部８４、電解液注入孔８１ａの周縁部表面を覆う鍔部８５、及び電解液注入孔８１ａの周縁部裏面を覆うカシメ部８６を備える。また、リベット８３の鍔部８５と、封口板８１との間には、電解液注入孔８１ａの周縁部表面、及び鍔部８５の裏面に密接したガスケット８８が介装されている。

【0004】

封口板８１において、電解液注入孔８１ａの周縁部表面には、環状の第１凸部８９ａと、第１凸部８９ａの外側に位置する環状の第２凸部８９ｂと、が設けられている。また、リベット８３において、鍔部８５の裏面には、ガスケット８８に向けて突出する環状の第３凸部８５ａが設けられている。第３凸部８５ａは、封口板８１の平面視で第１凸部８９ａとは重畳しないが第２凸部８９ｂと重畳する位置に形成されている。

【0005】

そして、第１凸部８９ａ及び第２凸部８９ｂと、鍔部８５との間にガスケット８８が挟持されるとともに、第３凸部８５ａがガスケット８８に密接し、封口板８１における電解液注入孔８１ａの周縁部表面、及び鍔部８５の裏面がシールされる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１０−２７７９３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、電解液注入孔８１ａの封止作業の簡易化を図るため、特許文献１では、リベット８３における軸部８４の外周面にガスケット８８を締り嵌めで嵌合し、一体に組み付けている。このようにすると、軸部８４を電解液注入孔８１ａに挿入するだけで、ガスケット８８も、封口板８１における電解液注入孔８１ａの周縁部表面に配置できるためである。

【0008】

しかし、ガスケット８８をリベット８３の軸部８４に締り嵌めすると、ガスケット８８の内周面は軸部８４の外周面に密接し、ガスケット８８の内周部が径方向に圧縮されて厚みを増したように変形した状態となっている。このため、電解液注入孔８１ａの封止のため、所定の軸力でカシメ部８６を形成したとき、ガスケット８８の面圧が内周部で過度に高くなるため、ガスケット８８におけるその他の箇所で作用する面圧が低下する。そして、ガスケット８８の面圧が内周部で過度に高くなるため、ガスケット８８を他より強く圧縮してシール性能を高めている部位、すなわち、第１凸部８９ａ及び第２凸部８９ｂの先端面と対向する鍔部８５の裏面との間におけるガスケット８８に生じる面圧が低下する。このため、ガスケット８８による電解液注入孔８１ａのシール性が低下してしまう虞がある。

【0009】

本発明は、シール部材によって注液孔をシールすることができる蓄電装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記問題点を解決するための蓄電装置は、ケース内に電極組立体及び電解液が収容され、前記ケースの壁部に前記電解液の注液孔を有するとともに、前記注液孔の封止部材を備え、前記封止部材は、有底筒状の胴部と、前記胴部の軸方向一端のフランジと、前記フランジに一体に組み付けられた環状のシール部材と、を備え、前記フランジは、前記シール部材への対向面から該シール部材に向けて突出する突部を有するとともに、前記シール部材は、前記突部が嵌挿される凹部を有し、前記突部の前記シール部材に向けた突出長さは、前記凹部の深さより長いことを要旨とする。

【0011】

これによれば、フランジの突部をシール部材の凹部に嵌挿することで、封止部材にシール部材を一体に組み付けることができる。このような封止部材において、封止部材を壁部に締結し、シール部材に軸力が作用したとき、シール部材は、軸方向へ圧縮される。よって、シール部材における壁部への対向面が壁部の外壁面に密接するとともに、フランジへの対向面がフランジに密接して、各密接により注液孔がシール部材によって封止される。

【0012】

この際、シール部材は、突部と凹部との嵌挿によって一体に組み付けられ、内周部は胴部に密接していないため、締り嵌めのようにシール部材の面圧が内周部で過度に高くなることが抑制される。そして、軸力を受けた突部により、シール部材における凹部と対応した部位が軸方向へ圧縮され、局所的に面圧が高まる。よって、軸方向への面圧がシール部材の内周部だけで過度に高くなってしまうことが抑制されるとともに、シール部材の面圧を確保して注液孔のシール性が確保できる。

【0013】

また、蓄電装置について、前記突部は前記胴部を取り囲む環状であってもよい。
これによれば、シール部材において、注液孔の全周を取り囲む位置で面圧を高めることができる。

【0014】

また、前記蓄電装置は二次電池である。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、シール部材によって注液孔をシールすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施形態の二次電池を示す分解斜視図。

【図2】実施形態の二次電池を示す斜視図。

【図3】（ａ）は封止部材を示す断面図、（ｂ）は環状突部と環状凹部を拡大して示す部分断面図。

【図4】封止部材を示す断面図。

【図5】（ａ）は注液孔を封止した状態を示す部分断面図、（ｂ）は環状突部が環状凹部に嵌挿された状態を示す拡大断面図。

【図6】別例の封止部材及びシール部材を示す分解斜視図。

【図7】背景技術を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、蓄電装置を二次電池に具体化した一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
図１及び図２に示すように、二次電池１０は、ケース１１に電極組立体１２及び電解液が収容されている。ケース１１は、有底四角筒状の本体部材１３と、本体部材１３に電極組立体１２を挿入するための開口部１３ａを塞ぐ矩形平板状の蓋１４とからなる。本実施形態では、蓋１４がケース１１を構成する壁部に相当する。本体部材１３と蓋１４は、いずれも金属製（例えばステンレス製やアルミニウム製）である。二次電池１０は角型電池であり、リチウムイオン電池である。

【0018】

電極組立体１２には、正極端子１５と負極端子１６が電気的に接続されている。正極端子１５及び負極端子１６には、ケース１１から絶縁するためのリング状の絶縁部材１７がそれぞれ取り付けられている。また、正極端子１５と負極端子１６は、蓋１４からケース１１外に露出している。

【0019】

電極組立体１２は、正極電極、負極電極、及び正極電極と負極電極とを絶縁するセパレータを有する。正極電極は、正極金属箔（アルミニウム箔）の両面に正極活物質層を備える。負極電極は、負極金属箔（銅箔）の両面に負極活物質層を備える。そして、電極組立体１２は、複数の正極電極と複数の負極電極が交互に積層されるとともに、両電極の間にセパレータが介在された積層構造である。

【0020】

蓋１４は、ケース１１の内側に臨む面に内壁面１４ａを有し、ケース１１の外側に臨む面に外壁面１４ｂを有する。蓋１４は、その厚み方向に貫通する注液孔１４ｃを備える。注液孔１４ｃは、封止部材２０によって封止され、ケース１１内からのガス及び電解液の漏れが防止されている。

【0021】

まず、注液孔１４ｃに挿入される前の封止部材２０について説明する。
図１及び図３（ａ）に示すように、封止部材２０は、軸方向一端に開口するとともに、軸方向他端に底壁２１ａを有する中空円筒状の胴部２１と、この胴部２１の軸方向一端の開口縁に設けられた環状のフランジ２２と、を有する。さらに、封止部材２０は、フランジ２２に一体化される円環状のシール部材４０と、胴部２１の内部に収容されるマンドレル３０と、を有する。

【0022】

胴部２１（底壁２１ａ）とフランジ２２は一体でアルミニウム製であり、プレス成形により一体に形成される。胴部２１は、軸方向に沿ったフランジ２２寄りに第１筒部２５を有するとともに、第１筒部２５よりも底壁２１ａ寄りに第２筒部２６を有する。第１筒部２５は、胴部２１の軸方向に沿う長さが蓋１４の厚みより長く、第２筒部２６より小径である。第１筒部２５は、注液孔１４ｃの内側に配置される。第２筒部２６は、蓋１４の内壁面１４ａよりもケース１１の内側に配置される。

【0023】

胴部２１の内部には、第２筒部２６側にマンドレル３０の大径部３１より大径の収容部２１ｄが形成されており、収容部２１ｄに連接してフランジ２２に向けてテーパし、かつ大径部３１より小径の（縮径された）連通部２１ｅが形成されている。胴部２１は、第１筒部２５における連通部２１ｅよりも軸方向一端側に、内径が連通部２１ｅよりも拡径した挿通部２１ｆを備える。

【0024】

フランジ２２は、シール部材４０に対向するシール部材側端面２２ａを有する。フランジ２２は、シール部材側端面２２ａよりもシール部材４０に向けて突出し、かつ胴部２１の第１筒部２５を取り囲む突部としての環状突部２２ｂを備える。

【0025】

シール部材４０は、フランジ２２への対向面としてのフランジ側端面４０ａを有し、蓋１４の外壁面１４ｂへの対向面としての蓋側端面４０ｂを有する。シール部材４０は、フランジ側端面４０ａから円環状に凹む環状凹部４０ｃを有する。環状凹部４０ｃは、シール部材４０の内周縁を取り囲む円環状である。

【0026】

図３（ｂ）に示すように、シール部材４０における環状凹部４０ｃの外径Ｒ１は、フランジ２２における環状突部２２ｂの外径Ｎ１より僅かに小さく、環状凹部４０ｃの内径Ｒ２は、環状突部２２ｂの内径Ｎ２より僅かに大きい。このため、環状突部２２ｂの径方向に沿う厚みＷ１は、環状凹部４０ｃの径方向に沿う開口幅Ｗ２より若干長い。シール部材４０は樹脂製であるがゴム製でもよい。図３（ａ）に示すように、シール部材４０の内径Ｈは、胴部２１における第１筒部２５での外径Ｋより僅かに大きい。

【0027】

また、図３（ｂ）に示すように、環状突部２２ｂにおいて、シール部材側端面２２ａからシール部材４０に向けた突出方向に沿った長さを突出長さＬとする。一方、環状凹部４０ｃにおいて、フランジ側端面４０ａから蓋側端面４０ｂに向けた長さを深さＦとする。環状突部２２ｂの突出長さＬは、環状凹部４０ｃの深さＦより長い。

【0028】

よって、図４に示すように、環状突部２２ｂは、環状凹部４０ｃに嵌挿可能なサイズであり、環状突部２２ｂが環状凹部４０ｃに挟まれた状態で組み付けされると、シール部材４０はフランジ２２から落下しない状態に組み付けられる。また、環状突部２２ｂの突出長さＬと、環状凹部４０ｃの深さＦとの関係から、フランジ２２とシール部材４０が一体化された封止部材２０では、シール部材側端面２２ａと、フランジ側端面４０ａの間には僅かな隙間Ｔが画定される。

【0029】

図１及び図４に示すように、マンドレル３０は、棒状の操作部３２と、この操作部３２より大径の大径部３１と、操作部３２と大径部３１の境界に設けられ、操作部３２より小径の脆弱部３３とを備える。マンドレル３０はステンレス製である。そして、マンドレル３０は、大径部３１が収容部２１ｄに収容されるとともに、脆弱部３３が連通部２１ｅに収容されている。また、操作部３２は挿通部２１ｆに収容されており、その先端は胴部２１から突出している。なお、マンドレル３０の硬度は、胴部２１の硬度よりも大きい。

【0030】

次に、二次電池１０の作用を注液孔１４ｃの封止方法とともに記載する。
図５（ａ）に示すように、封止部材２０は、軸方向他端側の第２筒部２６から注液孔１４ｃに挿入され、底壁２１ａがケース１１内に位置するとともに、フランジ２２がケース１１外に位置する状態で蓋１４に締結されている。具体的には、マンドレル３０の大径部３１は、胴部２１内に圧入されて胴部２１の第２筒部２６を拡径させ、かしめ部２４を形成している。なお、マンドレル３０は、脆弱部３３から操作部３２と大径部３１が分断され、操作部３２は胴部２１内から除去されている。そして、かしめ部２４の外周面は、蓋１４の内壁面１４ａにおける注液孔１４ｃの周囲に密接し、注液孔１４ｃを封止している。

【0031】

また、かしめ部２４とフランジ２２によって、封止部材２０が蓋１４に締結されるとともに、フランジ２２のシール部材側端面２２ａと、蓋１４の外壁面１４ｂとの間にはシール部材４０が挟持されている。シール部材４０には、締結に伴う軸力がシール部材側端面２２ａ及び環状突部２２ｂを介して作用し、シール部材４０の軸方向へ圧縮されている。

【0032】

そして、図５（ｂ）に示すように、フランジ２２の環状突部２２ｂはシール部材４０の環状凹部４０ｃの内底面を圧縮し、シール部材４０において、環状突部２２ｂと対向する部位を蓋１４の外壁面１４ｂに押し付けている。このため、シール部材４０において、環状突部２２ｂの先端と、この先端に対向した蓋１４の外壁面１４ｂとの間におけるシール部材４０には所定の面圧が生じている。

【0033】

また、フランジ２２のシール部材側端面２２ａのうち、環状突部２２ｂを除く面は、シール部材４０のフランジ側端面４０ａのうち、環状凹部４０ｃを除く面に密接し、隙間Ｔが無くなっている。同様に、シール部材４０の蓋側端面４０ｂのうち、環状凹部４０ｃと対向した部位を除く面は、蓋１４の外壁面１４ｂに密接している。よって、シール部材４０により、ケース１１の外側で注液孔１４ｃが封止されている。

【0034】

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）フランジ２２の環状突部２２ｂを、シール部材４０の環状凹部４０ｃに嵌挿し、フランジ２２にシール部材４０を一体化した。このため、封止部材２０においては、胴部２１とシール部材４０を一体に扱うことができ、運搬が容易になる。そして、注液孔１４ｃの封止に関しても、胴部２１を注液孔１４ｃに挿入すれば、注液孔１４ｃの周囲にシール部材４０を配置できるため、注液孔１４ｃの封止作業も楽になる。

【0035】

（２）また、シール部材４０は、環状突部２２ｂを環状凹部４０ｃに嵌挿して一体化されており、シール部材４０の内周面は胴部２１の外周面に圧接していない（締り嵌めではない）。このため、封止部材２０を蓋１４に締結するためにシール部材４０が軸力を受けて軸方向へ圧縮されてもシール部材４０の面圧が内周部で過度に高くなることが抑制される。そして、環状突部２２ｂの突出長さＬを、環状凹部４０ｃの深さＦより長くした。このため、封止部材２０を蓋１４に締結するためにシール部材４０に軸力が作用したとき、環状突部２２ｂにより、シール部材４０を局所的に圧縮することができる。よって、シール部材４０において、環状突部２２ｂが嵌挿された部位に所望する面圧を確実に生じさせ、注液孔１４ｃの周囲を的確にシールすることができる。

【0036】

（３）環状突部２２ｂを、胴部２１を取り囲むように設け、環状突部２２ｂを注液孔１４ｃの全周を取り囲むように設けた。また、環状凹部４０ｃも胴部２１の全周、すなわち注液孔１４ｃの全周を取り囲むように設けた。このため、環状突部２２ｂによりシール部材４０を局所的に圧縮したとき、注液孔１４ｃを取り囲む位置でシール部材４０に面圧を生じさせることができ、注液孔１４ｃを全周に亘ってシールすることができる。

【0037】

（４）環状突部２２ｂの突出長さＬを、環状凹部４０ｃの深さＦより長くし、環状突部２２ｂにより、シール部材４０を局所的に圧縮する。このとき、フランジ２２のシール部材側端面２２ａにおける環状突部２２ｂを除いた面が、シール部材４０のフランジ側端面４０ａにおける環状凹部４０ｃを除いた面に密接するとともに、蓋側端面４０ｂが蓋１４の外壁面１４ｂに密接する。このため、環状突部２２ｂによって、シール部材４０の面圧を局所的に高めながら、その他の部位でも各面を密接させ、注液孔１４ｃを封止することができる。

【0038】

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図６に示すように、シール部材５０は、円環状の基部５１の内周面に複数の突片５２を有する構成であってもよい。基部５１はフランジ２２への対向面としてのフランジ側端面５１ａを有するとともに、蓋１４の外壁面１４ｂへの対向面としての蓋側端面５１ｂを有する。

【0039】

シール部材５０は、基部５１の内周面から基部５１の中心軸に向けて突出する突片５２を複数備える。複数の突片５２は、基部５１の周方向に沿って等間隔おきに配置されている。突片５２の厚みと基部５１の厚みは同じである。基部５１の内周面からシール部材５０の中心軸に向かって突片５２が延びる方向を突片５２の突出方向とすると、全ての突片５２の突出方向の先端を結んだ仮想円Ｃの直径は、胴部２１における第１筒部２５の外径より僅かに大きい。このため、各突片５２の先端と、第１筒部２５の外周面との間には隙間ができる。また、シール部材５０は、フランジ側端面５１ａから円環状に凹む環状凹部５１ｃを基部５１に有する。

【0040】

そして、突片５２の内側に胴部２１が挿入され、全ての突片５２の突出方向の先端が胴部２１から僅かに離間した状態で、フランジ２２の環状突部２２ｂが環状凹部５１ｃに嵌挿され、シール部材５０がフランジ２２に一体化されている。

【0041】

○ 実施形態では、突部として、フランジ２２の全周に亘って延びる環状突部２２ｂとしたが、突部は、フランジ２２の周方向に間隔を空けて複数箇所に設けられていてもよい。

【0042】

この場合、凹部は実施形態のような環状凹部４０ｃでもよいし、突部と対向する部分に設けた複数の凹部であってもよい。
○ 実施形態では、蓋１４を壁部としたが、本体部材１３の側壁や底壁を壁部とし、それらに注液孔１４ｃを設け、封止部材２０で封止してもよい。

【0043】

○ 正極電極は、正極金属箔の両面に正極活物質層を有するとしたが、正極金属箔の片面のみに正極活物質層を有していてもよい。同様に、負極電極は、負極金属箔の両面に負極活物質層を有するとしたが、負極金属箔の片面のみに負極活物質層を有していてもよい。

【0044】

○ 蓄電装置は、二次電池１０でなく、電気二重層キャパシタ等の他の蓄電装置に適用してもよい。
○ 実施形態では、電極組立体１２として積層タイプを記載したが、捲回タイプでもよい。

【0045】

○ 二次電池１０は、リチウムイオン二次電池であったが、これに限らず、他の二次電池であってもよい。要するに、正極活物質と負極活物質との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。

【0046】

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記凹部は、前記シール部材の周方向の全体に亘って延びる環状である蓄電装置。

【0047】

（ロ）前記フランジは、前記シール部材に対向するシール部材側端面を有するとともに、前記シール部材は前記シール部材側端面に対向するフランジ側端面を有し、前記シール部材側端面と前記フランジ側端面は互いに密接する蓄電装置。

【符号の説明】

【0048】

Ｆ…深さ、Ｌ…突出長さ、１０…蓄電装置としての二次電池、１１…ケース、１２…電極組立体、１４…壁部としての蓋、１４ｃ…注液孔、２０…封止部材、２１…胴部、２２…フランジ、２２ｂ…突部としての環状突部、４０，５０…シール部材、４０ｃ，５１ｃ…凹部としての環状凹部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】